نویسنده: ویرایشگر سایت زمان انتشار: 2024-10-25 مبدا: محل
در فناوری باتری مدرن ، ما اغلب با اصطلاح 'تعادل باتری' روبرو می شویم اما به چه معنی است؟ علت اصلی در فرآیند تولید و مواد مورد استفاده در باتری ها قرار دارد که منجر به تفاوت بین سلولهای فردی در یک باتری می شود. این اختلافات همچنین تحت تأثیر محیطی است که باتری ها در آن کار می کنند ، مانند دما و رطوبت. این تغییرات به طور معمول به عنوان تفاوت در ولتاژ باتری آشکار می شود. علاوه بر این ، باتری ها به دلیل جدا شدن مواد فعال از الکترودها و تفاوت بالقوه بین صفحات ، به طور طبیعی خود تخفیف را تجربه می کنند. به دلیل تفاوت در فرآیندهای تولید ، نرخ خود تخفیف در بین باتری ها متفاوت است.
بیایید این را با یک مثال نشان دهیم: در یک باتری فرض کنید ، یک سلول از سایر موارد دارای وضعیت شارژ بالاتری (SOC) است. در طی فرآیند شارژ ، این سلول ابتدا به شارژ کامل می رسد و باعث می شود بقیه سلولهایی که هنوز به طور کامل شارژ نشده اند ، متوقف شوند که شارژ زودرس را متوقف کنند. برعکس ، اگر یک سلول دارای SOC پایین تر باشد ، ابتدا در حین تخلیه به ولتاژ قطع تخلیه خود می رسد و مانع از آزاد شدن سایر سلولها انرژی ذخیره شده خود می شود.
این نشان می دهد که تفاوت بین سلولهای باتری را نمی توان نادیده گرفت. بر اساس این درک ، نیاز به تعادل باتری بوجود می آید. فناوری تعادل باتری با هدف به حداقل رساندن یا از بین بردن تفاوت های بین سلولهای فردی از طریق مداخلات فنی برای بهینه سازی عملکرد کلی باتری و افزایش طول عمر آن انجام می شود. تعادل باتری نه تنها باعث افزایش راندمان کلی باتری می شود ، بلکه عمر سرویس باتری را نیز به میزان قابل توجهی افزایش می دهد. بنابراین ، درک ذات و اهمیت تعادل باتری برای بهینه سازی استفاده از انرژی بسیار مهم است.
تعریف: توازن باتری به استفاده از تکنیک ها و روش های خاص اشاره دارد تا اطمینان حاصل شود که هر سلول جداگانه در یک باتری ولتاژ ، ظرفیت و شرایط عملیاتی را حفظ می کند. این فرایند با هدف بهینه سازی عملکرد باتری و به حداکثر رساندن طول عمر آن از طریق مداخله فنی انجام می شود.
اهمیت: اولا ، تعادل باتری می تواند عملکرد کل باتری را به میزان قابل توجهی بهبود بخشد. با تعادل ، می توان از تخریب عملکرد ناشی از وخیم شدن سلولهای جداگانه جلوگیری کرد. ثانیا ، تعادل با کاهش ولتاژ و اختلافات بین سلول ها و کاهش مقاومت داخلی ، به طول عمر باتری کمک می کند ، که به طور موثری عمر باتری را طولانی می کند. سرانجام ، از دیدگاه ایمنی ، اجرای تعادل باتری می تواند از شارژ بیش از حد یا بیش از حد برای ایجاد بیش از حد سلولهای انفرادی جلوگیری کند و خطرات ایمنی بالقوه مانند فراری حرارتی را کاهش دهد.
طراحی باتری: برای پرداختن به ناسازگاری عملکرد بین سلولهای انفرادی ، تولید کنندگان اصلی باتری به طور مداوم در مناطقی مانند طراحی باتری ، مونتاژ ، انتخاب مواد ، کنترل فرآیند تولید و نگهداری بهینه می شوند. این تلاش ها شامل بهبود طراحی سلول ، بهینه سازی طراحی بسته ، تقویت کنترل فرآیند ، انتخاب دقیق مواد اولیه ، تقویت نظارت بر تولید و بهبود شرایط ذخیره سازی است.
BMS (سیستم نظارت بر باتری) عملکرد متعادل کننده: با تنظیم توزیع انرژی بین سلولهای فردی ، BMS ناسازگاری را کاهش می دهد و ظرفیت قابل استفاده و طول عمر باتری را افزایش می دهد. دو روش اصلی برای دستیابی به تعادل در BMS وجود دارد: تعادل منفعل و تعادل فعال.
تعادل منفعل ، همچنین به عنوان تعادل اتلاف انرژی شناخته می شود ، با آزاد کردن انرژی اضافی از سلولهای دارای ولتاژ یا ظرفیت بالاتر به شکل گرما کار می کند ، بنابراین ولتاژ و ظرفیت آنها را برای مطابقت با سلولهای دیگر کاهش می دهد. این فرآیند عمدتاً به مقاومتهای موازی متصل به سلولهای فردی متکی است تا انرژی اضافی را تحت الشعاع قرار دهد.
هنگامی که یک سلول نسبت به سایرین بار بالاتری دارد ، انرژی اضافی از طریق مقاومت موازی از بین می رود و با سلولهای دیگر به تعادل می رسد. با توجه به سادگی و هزینه کم ، تعادل منفعل به طور گسترده در سیستم های مختلف باتری مورد استفاده قرار می گیرد. با این حال ، این از بین رفتن انرژی قابل توجهی برخوردار است ، زیرا انرژی به جای استفاده مؤثر از آن به عنوان گرما از بین می رود. مهندسان معمولاً جریان تعادل را به سطح پایین (حدود 100 میلی آمپر) محدود می کنند. برای ساده سازی ساختار ، فرآیند تعادل همان سیم کشی را با فرآیند جمع آوری به اشتراک می گذارد و این دو به طور متناوب عمل می کنند. در حالی که این طرح پیچیدگی و هزینه سیستم را کاهش می دهد ، همچنین منجر به کاهش کارایی و زمان طولانی تر برای دستیابی به نتایج قابل توجه می شود. دو نوع اصلی تعادل منفعل وجود دارد: مقاومت های ثابت شنت و مقاومت های شنت سوئیچ شده. اولی برای جلوگیری از شارژ بیش از حد ، یک شنت ثابت را به هم متصل می کند ، در حالی که دومی دقیقاً سوئیچینگ را برای از بین بردن انرژی اضافی کنترل می کند.
از طرف دیگر ، تعادل فعال یک روش مدیریت انرژی کارآمدتر است. به جای از بین بردن انرژی اضافی ، انرژی را از سلولهای با ظرفیت بالاتر به افرادی که ظرفیت کمتری دارند با استفاده از مدارهای مخصوص طراحی شده که شامل مؤلفه هایی مانند سلف ، خازن و ترانسفورماتورها هستند ، منتقل می کند. این نه تنها ولتاژ بین سلول ها را متعادل می کند بلکه میزان مصرف انرژی کلی را نیز افزایش می دهد.
به عنوان مثال ، در هنگام شارژ ، هنگامی که یک سلول به حد ولتاژ فوقانی خود می رسد ، BMS مکانیسم تعادل فعال را فعال می کند. این سلول ها را با ظرفیت نسبتاً کمتری شناسایی می کند و انرژی را از سلول ولتاژ بالا به این سلولهای ولتاژ کم از طریق یک مدار متعادل با دقت طراحی شده منتقل می کند. این فرآیند هم دقیق و هم کارآمد است و عملکرد باتری را تا حد زیادی افزایش می دهد.
هر دو توازن منفعل و فعال نقش مهمی در افزایش ظرفیت قابل استفاده باتری ، گسترش طول عمر آن و بهبود کارایی کلی سیستم دارند.
هنگام مقایسه فن آوری های متعادل کننده منفعل و فعال ، مشخص می شود که آنها در فلسفه و اجرای طراحی خود تفاوت چشمگیری دارند. تعادل فعال به طور معمول شامل الگوریتم های پیچیده برای محاسبه مقدار دقیق انرژی برای انتقال است ، در حالی که تعادل منفعل بیشتر به کنترل دقیق زمان عملیات سوئیچ برای از بین بردن انرژی اضافی متکی است.
در طول فرآیند تعادل ، سیستم به طور مداوم بر تغییرات پارامترهای هر سلول نظارت می کند تا اطمینان حاصل شود که عملیات تعادل نه تنها مؤثر است بلکه بی خطر است. هنگامی که تفاوت بین سلول ها در یک محدوده قابل قبول از پیش تعریف شده قرار می گیرد ، سیستم به عملکرد تعادل پایان می یابد.
با انتخاب دقیق روش تعادل مناسب ، کنترل دقیق سرعت و درجه تعادل و مدیریت مؤثر گرمای تولید شده در طی فرآیند تعادل ، عملکرد و طول عمر باتری می تواند به طور قابل توجهی بهبود یابد.
